TWI756847B

TWI756847B - 3d列印金屬粉末後處理設備

Info

Publication number: TWI756847B
Application number: TW109133506A
Authority: TW
Inventors: 郭信宏; 吳睿紘
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2020-09-26
Filing date: 2020-09-26
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TW202212027A

Abstract

一種3D列印金屬粉末後處理設備，用以解決習知金屬粉末未能有效篩選回收而造成浪費的問題。係包含：一作業單元，用以承載一欲處理工件；一第一處理單元，連通該作業單元，該第一處理單元具有一第一艙體及一第一收集槽；一第二處理單元，連通該第一處理單元，該第二處理單元具有一第二艙體及一第二收集槽，該第二艙體及該第二收集槽之間設有一篩件；一選粒模組，具有一連通管及一風機，該連通管連通該第一艙體及該第二艙體，該風機用以輸送氣流自該第一艙體流經該連通管並吹送至該第二艙體；及一處理單元。

Description

3D列印金屬粉末後處理設備

本發明係關於一種金屬粉末後處理設備，尤其是一種3D列印金屬粉末後處理設備。

金屬粉末可作為冶金之材料，亦可直接予以應用，故所應用之領域相當廣泛，從普遍之生活用品至科技產業、交通產品及航空太空等技術領域，甚至於可應用於積層製造(AdditiveManufacturing,AM)之領域；而在現有的積層製造技術中，電子束金屬積層製造技術是以金屬為積層製造基礎的核心，並採用聚焦電子束能量熔合細微的金屬粉末，以形成一金屬工件，再將該金屬工件的表面經由噴砂處理，以移除該金屬工件表面殘存的金屬粉末及/或已燒結的結塊的團聚粉末，期可將該金屬工件作為直接組裝於機器之零件或其他用途。

惟，該金屬工件經由噴砂處理而剝落一些金屬粉末和其他團聚粉末，大多是直接將金屬粉末和其他團聚粉末丟棄，或者所收集的金屬粉末都是參差不其而難以回收直接使用，由於金屬粉末價格昂貴，若未能進行有效的篩選、回收，則造成金屬粉末的浪費。

有鑑於此，習知的金屬粉末處理方式確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種3D列印金屬粉末後處理設備，係可以將可回收再利用的金屬粉末及不可回收再利用的團聚粉末篩選分離者。

本發明的次一目的是提供一種3D列印金屬粉末後處理設備，係可以提升收集順暢性者。

本發明的又一目的是提供一種3D列印金屬粉末後處理設備，係可以降低製造成本者。

本發明的再一目的是提供一種3D列印金屬粉末後處理設備，係可以提升使用便利性者。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明全文所述「結合」、「組合」或「組裝」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的3D列印金屬粉末後處理設備，包含：一作業單元，用以承載一欲處理工件；一第一處理單元，連通該作業單元，該第一處理單元具有一第一艙體及一第一收集槽；一第二處理單元，連通該第一處理單元，該第二處理單元具有一第二艙體及一第二收集槽，該第二艙體及該第二收集槽之間設有一篩件；一選粒模組，具有相連接的一連通管及一風機，該連通管連通該第一艙體及該第二艙體，該風機用以輸送氣流自該第一艙體流經該連通管並吹送至該第二艙體；及一處理單元，可啟閉地連通該第一收集槽及該作業單元，該處理單元用以對該欲處理工件進行處理。

據此，本發明的3D列印金屬粉末後處理設備，利用該處理單元可以對該欲處理工件進行處理，且該連通管連通該第一艙體及該第二艙體，藉此，大部份的團聚粉末可以向下落入該第一收集槽，少部份的團聚粉末及金屬粉末則經由該連通管進入該第二艙體內，並藉由該篩件的設置，使金屬粉末可以落入該第二收集槽；如此，可以將可回收再利用的金屬粉末及不可回收再利用的團聚粉末篩選分離，以將金屬粉末加以回收利用，且本發明的3D列印金屬粉末後處理設備可以兼具回收粉末與機械加工之製程，係具有節省成本與製程時間的功效。

其中，該處理單元可以具有相連接的一噴槍及一第二輸送管，該噴槍位於該作業單元內，該第二輸送管連通該噴槍與該第一收集槽，該噴槍可以朝該欲處理工件的外表面噴出高壓空氣或噴灑出工作粉末。如此，該噴槍可以修整與清潔該欲處理工件的外表面，且該結構簡易而便於組裝，係具有提升操作便利性及組裝便利性的功效。

其中，該處理單元可以具有一開關閥，該開關閥可以連接該第二輸送管。如此，該開關閥可用以控制該第二輸送管輸送高壓氣體或工作粉末至該噴槍，係具有提升使用便利性的功效。

其中，該連通管可以具有一第一開口及一第二開口，該第一開口可以位於該第一艙體內，該第二開口可以位於該第二艙體內。如此，當該風機朝該第二開口吹送氣流，該連通管的第一開口處可以形成吸入式的氣流，使該第一艙體內的金屬粉末可以經由該連通管進入該第二艙體內，係具有收集順暢性的功效。

其中，該第一艙體可以具有一封閉端及一開口端，該連通管從該封閉端穿出，並從該第二艙體的側壁穿入。如此，該結構簡易而便於組裝，係具有提升組裝便利性的功效。

其中，該第一艙體可以具有一封閉端及一開口端，該第一收集槽位於該第一艙體的開口端，該第一艙體的開口端係可以形成徑縮。如此，可以確保數個團聚粉末落入於該第一收集槽，係具有收集便利性的功效。

其中，該第二艙體可以具有一封閉端及一開口端，該第二收集槽位於該第二艙體的開口端，該第二艙體的開口端係可以形成徑縮。如此，可以確保數個金屬粉末落入於該第二收集槽，係具有收集便利性的功效。

其中，該篩件係可以為一片狀篩網。如此，該結構簡易而便於製造，係具有降低製造成本的功效。

1:作業單元

11:平台

12:第一輸送管

2:第一處理單元

21:第一艙體

21a:封閉端

21b:開口端

22:第一收集槽

3:第二處理單元

31:第二艙體

31a:封閉端

31b:開口端

32:第二收集槽

33:篩件

4:選粒模組

41:連通管

411:開口

412:開口

42:風機

5:處理單元

51:噴槍

52:第二輸送管

S:作業腔室

W:欲處理工件

Q:開關閥

M1:團聚粉末

M2:金屬粉末

〔第1圖〕本發明較佳實施例的組合正面圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下：請參照第1圖所示，其係本發明3D列印金屬粉末後處理設備的一較佳實施例，係包含一作業單元1、一第一處理單元2、一第二處理單元 3、一選粒模組4及一處理單元5，該第一處理單元2連通該作業單元1與該第二處理單元3，該選粒模組4位於該第一處理單元2，該處理單元5連通該作業單元1與該第一處理單元2。

該作業單元1具有一作業腔室S，該作業腔室S內可以具有一平台11，該平台11用以供該一欲處理工件W放置定位，以提升作業的順暢。該作業單元1還可以具有一第一輸送管12，該第一輸送管12可以連通該作業腔室S與該第一處理單元2。

該第一處理單元2可以具有一第一艙體21，該第一艙體21藉由該第一輸送管12與該作業腔室S相連通，該第一艙體21較佳係形成長條桶狀，該第一艙體21可以具有一封閉端21a及一開口端21b，該封閉端21a位於該開口端21b上方，且該開口端21b較佳係形成徑縮。該第一處理單元2可以具有一第一收集槽22，該第一收集槽22連接於該第一艙體21的開口端21b，該第一收集槽22用以盛接數個團聚粉末M1，該第一收集槽22可以為任何形式及態樣，本發明不加以限制。

該第二處理單元3連通該第一處理單元2，該第二處理單元3可以具有一第二艙體31，該第二艙體31連通該第一艙體21，該第二艙體31較佳係形成長條桶狀，該第二艙體31可以具有一封閉端31a及一開口端31b，該封閉端31a位於該開口端31b上方，且該開口端31b較佳係形成徑縮。該第二處理單元3可以具有一第二收集槽32，該第二收集槽32位於該第二艙體31的開口端31b下方，該第二收集槽32用以盛接數個金屬粉末M2。該第二處理單元3還可以具有一篩件33，該篩件33位於該第二收集槽32上方，例如：該篩件33可以位於該第二艙體31內或鄰近該開口端31b，在本實施例中，該篩件33位於該開口端31b與該第二收集槽32之間；該篩件33可以為任何形式及態樣，本發明不加以限制，在本實施例中，該篩件33係為一片狀篩網。

該選粒模組4可以具有一連通管41，該連通管41連通該第一艙體21及該第二艙體31。詳言之，該連通管41可以具有一第一開口411及一第二開口412，該第一開口411位於該第一艙體21內，該第二開口412位於該第二艙體31內；在本實施例中，該連通管41可以形成彎折狀，該連通管41可以從該第一艙體21的封閉端21a穿出，並從該第二艙體31的側壁穿入。又，該選粒模組4還可以具有一風機42，該風機42可以選擇為鼓風式風扇，該風機42鄰近該第一艙體21的封閉端21a，該風機42較佳位於該連通管41的彎折處；當該風機42朝該第二開口412吹送氣流，該連通管41的第一開口411處可以形成吸入式的氣流，使該風機42可以輸送氣流自該第一艙體21流經該連通管41並吹送至該第二艙體31內。

該處理單元5可以具有相連接的一噴槍51及一第二輸送管52，該噴槍51位於該作業腔室S內，該噴槍51可以朝該欲處理工件W的外表面噴出高壓空氣或噴灑出工作粉末，其中，該工作粉末可例如為鋼珠顆粒、或其他硬度較高的後處理材料，該第二輸送管52則連通該噴槍51與該第一收集槽22。此外，該第二輸送管52可以另連通一風機(圖未繪示)，使該第二輸送管52可以輸送高壓空氣至該噴槍51；該處理單元5還可以具有一開關閥Q，該開關閥Q可以連接該第二輸送管52，該開關閥Q可以鄰近該第一收集槽22，該開關閥Q可用以控制該第二輸送管52輸送高壓氣體或工作粉末至該噴槍51。

請參照第1圖所示，使用該3D列印金屬粉末後處理設備時，可以將該欲處理工件W放置於該作業單元1的平台11，並藉由控制該開關閥Q，使該第二輸送管52可以僅輸送高壓氣體至該噴槍51，該噴槍51可以先朝該欲處理工件W噴出高壓空氣，該噴槍51可以將該欲處理工件W外表面的該數個團聚粉末M1與該數個金屬粉末M2吹落，以對該欲處理工件W的外表面進行清潔作業(即移除該欲處理工件W外表面的可回收金屬粉末及/或已燒結的結塊的團聚粉末)。

接著，該數個團聚粉末M1與該數個金屬粉末M2可以受該風機42的影響而被引拉，使該數個團聚粉末M1與該數個金屬粉末M2可以經由該第一輸送管12進入該第一艙體21。其中，大部份的該數個團聚粉末M1因重量較大而容易直接向下落入該第一收集槽22；另外，由於該風機42朝該第二開口412吹送氣流，該數個金屬粉末M2及少部份的該數個團聚粉末M1會被該第一開口411處形成的吸入式氣流所吸入，且藉由該風機42的吹送，使該數個金屬粉末M2及少部份的該數個團聚粉末M1可以經由該第二開口412而進入該第二艙體31內；接著，藉由該篩件33的設置，使粒徑較小的該數個金屬粉末M2可以通過該篩件33並落入該第二收集槽32，粒徑較大的該數個團聚粉末M1則停留在該篩件33，進而可以將可回收再利用的金屬粉末M2及不可回收再利用的團聚粉末M1篩選分離。

此外，所收集的該數個團聚粉末M1可以經由人工方式移除後，再將前述的工作粉末置入該第一收集槽22，並藉由控制該開關閥Q，使該第二輸送管52可以輸送工作粉末至該噴槍51，該噴槍51可以朝該欲處理工件W噴灑出工作粉末，以撞擊修整該欲處理工件W的外表面，使該數個團聚粉末M1與該數個金屬粉末M2可以由該欲處理工件W的外表面落下；如此，可以同時修整與清潔該欲處理工件W的外表面，具有可以節省時間及操作便利性的作用。

綜上所述，本發明的3D列印金屬粉末後處理設備，利用該處理單元可以對該欲處理工件進行處理，且該連通管連通該第一艙體及該第二艙體，藉此，大部份的團聚粉末可以向下落入該第一收集槽，少部份的團聚粉末及金屬粉末則經由該連通管進入該第二艙體內，並藉由該篩件的設置，使金屬粉末可以落入該第二收集槽；如此，可以將可回收再利用的金屬粉末及不可回收再利用的團聚粉末篩選分離，以便可以將金屬粉末加以回收利用，且本發明的3D列印金屬粉末後處理設備可以兼具回收粉末與機械加工之製程，係具有節省成本與製程時間的功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。